SGM6601低功耗DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高性能、低功耗的升壓轉(zhuǎn)換器一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們就來詳細(xì)探討一下圣邦微電子（SG Micro Corp）推出的SGM6601低功耗DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

SGM6601是一款高頻升壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，非常適合中小尺寸LCD偏置電源和白色LED背光源供電等應(yīng)用。其開關(guān)頻率最高可達(dá)1MHz，支持陶瓷輸出電容和鉭輸出電容。內(nèi)部400mA的開關(guān)電流限制可提供低輸出電壓紋波，典型靜態(tài)電流僅為20μA，配合優(yōu)化的控制方案，能在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的效率。該器件的可調(diào)輸出電壓在使用雙節(jié)鎳氫/鎳鎘電池或單節(jié)鋰離子電池時(shí)，理想情況下最大可達(dá)38V，還能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的3.3V/5V到12V的電源轉(zhuǎn)換。

二、產(chǎn)品特性

2.1 寬輸入輸出范圍

• 輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，能適應(yīng)多種電源供電。
• 可調(diào)輸出電壓最大可達(dá)38V，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)高電壓的需求。

2.2 高頻開關(guān)與低紋波

• 最高1MHz的開關(guān)頻率，允許使用小型外部元件。
• 400mA的內(nèi)部開關(guān)電流限制，有效降低輸出電壓紋波。

2.3 低功耗設(shè)計(jì)

• 典型靜態(tài)電流20μA，關(guān)機(jī)電流僅0.1μA，大大降低了功耗。

2.4 溫度適應(yīng)性強(qiáng)

工作溫度范圍為 - 40℃至 + 85℃，能在較惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

2.5 多種封裝形式

提供TDFN - 2×2 - 6L和TSOT - 23 - 5兩種封裝，方便不同的PCB布局需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM6601的應(yīng)用十分廣泛，常見于以下設(shè)備：

• LCD偏置電源：為L(zhǎng)CD提供穩(wěn)定的偏置電壓，保證顯示效果。
• LCD背光源白色LED供電：滿足白色LED的供電需求，實(shí)現(xiàn)均勻的背光效果。
• 移動(dòng)電話：為手機(jī)中的各種模塊提供合適的電源。
• 音頻播放器：確保音頻電路的穩(wěn)定供電，提升音質(zhì)。
• 數(shù)碼相機(jī)：為相機(jī)的圖像傳感器、顯示屏等提供電源。
• PDA和手持PC：滿足手持設(shè)備對(duì)電源的高要求。

四、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，需要注意以下元件的選擇：

• 電感L1：推薦值為10μH，電感的選擇對(duì)電路性能有重要影響，后面會(huì)詳細(xì)介紹。
• 輸入電容CIN：選擇4.7μF的電容，可有效減少輸入電源的紋波。
• 輸出電容COUT：采用1μF電容，有助于穩(wěn)定輸出電壓。

五、參數(shù)詳情

5.1 絕對(duì)最大額定值

• 輸入電源電壓范圍為 - 0.3V至6V。
• EN和FB引腳電壓范圍為 - 0.3V至VIN。
• SW開關(guān)電壓最大為40V。
• 工作溫度范圍 - 40℃至 + 85℃，結(jié)溫最大為150℃。
• 儲(chǔ)存溫度范圍 - 65℃至 + 150℃。

5.2 引腳配置與功能

5.3 電氣特性

在不同條件下，SGM6601的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)如下：

• 電源電流：輸入電壓范圍1.8V至5.5V，關(guān)機(jī)電流典型值0.1μA，工作靜態(tài)電流典型值20μA。
• 使能特性：EN輸入高電壓為1.3V，低電壓最大為0.4V，輸入泄漏電流典型值0.1μA。
• 功率開關(guān)與電流限制：最大開關(guān)電壓39V，最小關(guān)斷時(shí)間270ns至570ns，最大導(dǎo)通時(shí)間4μs至8.5μs，MOSFET導(dǎo)通電阻典型值660mΩ，開關(guān)電流限制典型值400mA。
• 輸出特性：可調(diào)輸出電壓范圍為VIN至38V，反饋參考電壓典型值1.229V，輸出電壓線性調(diào)整率典型值0.04%/V，負(fù)載調(diào)整率典型值0.15%/mA。

六、工作原理

6.1 峰值電流控制

當(dāng)電感電流達(dá)到400mA（典型值）時(shí)，SGM6601關(guān)閉低側(cè)（LS）FET。電流限制比較器的傳播延遲在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生100ns（典型值）的延遲時(shí)間，實(shí)際峰值電流可通過公式 (I{PEAK (TYP)}=I{LIM}+frac{V{IN}}{L} × 100 ns) 計(jì)算，其中 (I{LIM}=400 mA)。

6.2 軟啟動(dòng)

為了減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，SGM6601集成了軟啟動(dòng)功能。設(shè)備啟用時(shí)，電流限制閾值逐漸增加，在256個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電流限制被鉗位在 (I{LIM})（典型值）的1/3，再經(jīng)過256個(gè)開關(guān)周期，釋放到 (I{LIM})（典型值）的1/2，最后達(dá)到完整的 (I_{LIM})（典型值）。

6.3 使能控制

當(dāng)EN引腳拉低時(shí)，SGM6601的關(guān)機(jī)電流為0.1μA（典型值）。此時(shí)，輸入電壓將通過高端整流二極管旁路到輸出。注意，不要讓EN引腳浮空。

6.4 欠壓鎖定

SGM6601的輸入欠壓鎖定閾值為1.5V。當(dāng)施加到VIN引腳的輸入電壓低于1.5V時(shí)，設(shè)備將保持關(guān)閉狀態(tài)。

6.5 熱關(guān)斷

為防止過熱和功率耗散造成的損壞，該器件具備熱關(guān)斷功能。當(dāng)結(jié)溫超過 + 155℃（典型值）時(shí)，設(shè)備將關(guān)閉，當(dāng)結(jié)溫下降20℃時(shí)，設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)工作。

七、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

7.1 電感選擇

SGM6601的輸出電壓調(diào)節(jié)架構(gòu)本身是穩(wěn)定的，電感值不影響設(shè)備的穩(wěn)定性，但負(fù)載電流和轉(zhuǎn)換比會(huì)影響開關(guān)頻率。推薦的電感值范圍為2.2μH至47μH。所選電感應(yīng)確保LS導(dǎo)通時(shí)間不超過6μs（典型值）的最大導(dǎo)通時(shí)間，并且在6μs內(nèi)達(dá)到400mA（典型值）的峰值電流。最大開關(guān)頻率可通過公式 (f{S(MAX)}=frac{V{IN(MIN)} timesleft(V{OUT }-V{IN}right)}{I{P} × L × V{OUT }}) 計(jì)算，實(shí)際開關(guān)頻率可通過公式 (f{S(I L O A D)}=frac{2 × I{L O A D} timesleft(V{OUT }-V{I N}+V dright)}{I{P}^{2} × L}) 計(jì)算，最大可用負(fù)載電流可通過公式 (LOAD(MAX) =eta frac{I{p}^{2} × L × f{S(M A X)}}{2 timesleft(V{OUT }-V_{I N}right)}) 計(jì)算。同時(shí)，電感的飽和額定值應(yīng)高于400mA（典型值）的峰值電流限制，低直流電阻的電感可提高轉(zhuǎn)換效率。

7.2 輸出電壓設(shè)置

通過在FB引腳上連接電阻分壓器來設(shè)置SGM6601的輸出電壓，公式為 (V{OUT }=1.229 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，其中R2推薦值小于200kΩ，R1最大值小于2.2MΩ。為提高穩(wěn)定性，建議在R1上并聯(lián)一個(gè)前饋電容，其電容值可通過公式 (C{F F}=frac{1}{2 × pi × frac{f_{s}}{20} × R 1}) 計(jì)算。

7.3 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)

SGM6601的FB引腳需要45mV的峰 - 峰電壓紋波才能實(shí)現(xiàn)良好的線路調(diào)節(jié)。對(duì)于總輸出電容受限的應(yīng)用，建議使用前饋電容來增加耦合到FB引腳的電壓紋波。使用小電感值可提高開關(guān)頻率，從而降低輸出電壓紋波和反饋引腳的電壓紋波。此外，在底部反饋電阻上并聯(lián)一個(gè)電容可將反饋引腳的電壓紋波降低到45mV。

7.4 EN引腳保護(hù)

在某些情況下，如熱插拔或熱插入時(shí)，電源輸入VIN可能會(huì)出現(xiàn)非常高的電壓尖峰（> (2 ×V_{IN })）。為防止SGM6601被高壓尖峰損壞并在通電時(shí)保護(hù)EN引腳，建議在EN和VIN之間添加一個(gè)上拉電阻（>1kΩ），而不是直接連接。

7.5 輸出電容選擇

推薦在SGM6601的輸出端使用低ESR陶瓷電容。正常工作時(shí)的輸出電壓紋波可通過公式 (Delta V{OUT }=frac{I{OUT }}{C{OUT }} timesleft(frac{1}{f{S(I O U T)}}-frac{I{P} × L}{V{OUT }+V d-V{IN }}right)+I{P} × ESR) 估算。

7.6 輸入電容

升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電容在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)會(huì)有連續(xù)電流。建議在SGM6601的VCC引腳和GND引腳之間盡可能靠近地放置一個(gè)4.7μF的陶瓷電容。對(duì)于SGM6601遠(yuǎn)離輸入源的應(yīng)用，建議使用47μF或更高電容值的電容來抑制線束電感。

7.7 肖特基二極管選擇

外部整流二極管的選擇對(duì)確保設(shè)備性能至關(guān)重要。建議使用高速、低正向壓降的二極管以提高效率。二極管的平均電流額定值應(yīng)高于峰值負(fù)載，擊穿電壓應(yīng)高于編程輸出電壓并有一定余量。

7.8 布局準(zhǔn)則

除了元件選擇，布局對(duì)于確保任何開關(guān)模式電源的性能也至關(guān)重要。不良的布局可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、EMI故障和設(shè)備損壞。因此，應(yīng)將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近IC放置，使用寬而短的走線來最小化PCB電感。對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容從Vout引腳回到設(shè)備GND引腳的電流環(huán)路應(yīng)盡可能小。

八、總結(jié)

SGM6601低功耗DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器以其寬輸入輸出范圍、高頻開關(guān)、低功耗等特性，為電子設(shè)備的電源管理提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇元件，并注意布局和布線，以充分發(fā)揮SGM6601的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用SGM6601的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。